電池與環(huán)境的探討

信息技術(shù)的發(fā)展，特別是移動(dòng)通信及筆記本電腦等的迅速發(fā)展，迫切要求電池小型化、輕型化、長(zhǎng)服務(wù)時(shí)間、長(zhǎng)工作壽命和免維護(hù)；環(huán)境保護(hù)呼聲越來越高，這就要求電池本身無毒和無污染，因此，新型綠色環(huán)保電池將在發(fā)展電子信息、新能源及環(huán)境保護(hù)等面向21世紀(jì)的重大技術(shù)領(lǐng)域中具有舉足輕重的地位和作用。

但是，近年來，廢電池的環(huán)境管理問題日益引起公眾、媒體和環(huán)境管理部門等多方面的重視。廢電池中含有大量的重金屬、酸、堿等物質(zhì)，滲漏到環(huán)境中，可能對(duì)環(huán)境造成很大的危害。因此，加強(qiáng)廢電池的環(huán)境無害化管理是非常必要又迫切的。

1幾種廢電池的回收與再生產(chǎn)

電池中含有的主要污染物質(zhì)包括大量的重金屬以及酸、堿等電解質(zhì)溶液。其中重金屬主要有：鎘、鉛、汞、鎳、鋅、錳等。其中，鎘、汞、鉛對(duì)于環(huán)境和人體健康有較大危害。對(duì)環(huán)境和人體健康危害較大的廢電池類別主要為：（1）含汞電池，主要是氧化汞電池，部分汞含量較高的鋅錳和堿錳干電池；（2）鉛酸蓄電池；（3）含鎘電池，主要是Cd-Ni電池。

以下，將分別針對(duì)鉛蓄電池及鎘鎳廢電池的回收及再生產(chǎn)做具體分析，

1.1鉛蓄電池的回收與再生產(chǎn)

鉛酸蓄電池是世界上各類電池中產(chǎn)量最大、用途最廣的一種電池，它所消耗的鉛占全球總耗鉛量的82%。我國(guó)鉛酸蓄電池工業(yè)本世紀(jì)80年代進(jìn)入蓬勃發(fā)展時(shí)期，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其市場(chǎng)將不斷擴(kuò)大，以汽車、摩托車及電力、通訊為主要對(duì)象。到90年代，我國(guó)鉛酸蓄電池年產(chǎn)量3000多萬kWh。近年來，電動(dòng)汽車等無煙交通工具的開發(fā)，會(huì)是鉛蓄電池有更大的發(fā)展。鉛酸蓄電池產(chǎn)量越大，報(bào)廢更新的鉛酸蓄電池越多。從環(huán)保的角度來看，鉛酸蓄電池也是對(duì)環(huán)境、人類健康危害最大的一種電池，如不采取較完善的回收制度，隨意拋置的廢鉛酸蓄電池所分解出的重金屬和有毒廢液會(huì)對(duì)生態(tài)平衡和人體健康造成嚴(yán)重威脅。鉛的急性或慢性攝入人體，會(huì)造成神經(jīng)代謝、生殖及精神等方面的疾病，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致死亡。

廢鉛蓄電池是固體廢物中的危險(xiǎn)廢物，應(yīng)遵循分類管理、強(qiáng)制處置，對(duì)其收集、轉(zhuǎn)運(yùn)、貯存、處理等重點(diǎn)環(huán)節(jié)要有嚴(yán)格要求和重點(diǎn)控制，以集中處置的原則進(jìn)行管理。再生鉛工業(yè)是我國(guó)在重視環(huán)境保護(hù)和充分利用金屬再生資源的情況下逐步發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè)。隨著我國(guó)汽車工業(yè)、通訊和化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)鉛的需求不斷提高。這樣，既擴(kuò)大了再生鉛的消費(fèi)市場(chǎng)，又因?yàn)樾铍姵叵M(fèi)量的增大而導(dǎo)致廢蓄電池的增多，使再生鉛工業(yè)有了更多的原料來源。我國(guó)再生鉛工業(yè)正處于非常有利的發(fā)展時(shí)期。

國(guó)外在對(duì)廢鉛蓄電池的處理上也有相應(yīng)的技術(shù)，發(fā)達(dá)國(guó)家主要采用機(jī)械破碎分選和對(duì)含硫鉛膏進(jìn)行脫硫等預(yù)處理技術(shù)，再分別采用火法、濕法、干濕聯(lián)合法工藝回收鉛及其它有價(jià)物質(zhì)，廢蓄電池經(jīng)預(yù)處理后再回收利用鉛，既減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又減少了進(jìn)爐的物料量，提高了爐料的鉛品位，從而減少了煙氣量、棄渣量、煙塵量、能耗、二氧化硫排放量，提高金屬回收率、工效、產(chǎn)能。

1.2鎘鎳廢電池的回收工藝

20世紀(jì)80年代以來，移動(dòng)電話、筆記本電腦等便攜式電子器材發(fā)展很快。這類電子器材所使用的鎘鎳電池的數(shù)量也相應(yīng)迅速增加。雖然金屬氫化物-鎳電池有著鎘鎳電池?zé)o可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格阻礙了其取代鎘鎳電池的步伐，鎘鎳電池仍占有接近一半的市場(chǎng)份額。鎘鎳電池中的鎘是對(duì)人體和動(dòng)植物都有嚴(yán)重毒害作用的元素，鎳、鈷也都是污染環(huán)境的重金屬元素。同時(shí)，由于鎘主要是作為鋅冶煉的副產(chǎn)品生產(chǎn)的，來源非常有限。鎳和鈷也都是價(jià)值非常高的有色金屬。因此，對(duì)鎘鎳廢電池如不加以回收，不但會(huì)給環(huán)境帶來嚴(yán)重的威脅，也是資源的重大浪費(fèi)。

關(guān)于鎘鎳廢電池的回收和分離，已有多項(xiàng)專利技術(shù)發(fā)表。典型的方法是，先用H2SO4將電池完全侵入到溶液中，然后采用下列方法分離鎘和鎳：（1）通過電解使鎘在陰極電沉積。這種方法要求使用的電流密度較低，必須嚴(yán)格控制，以防止鎳的電沉積，因此這種方法效率低，成本較高。（2）用鋁粉分段置換沉淀鎘和鎳，所回收的鎘和鎳純度較低。（3）用NH4HCO3選擇性地沉淀CdCO3。這種方法在加入NH4HCO3的同時(shí)還須加入大量的（NH4）2SO4，使鎳離子形成鎳氨絡(luò)離子以降低鎳的沉淀量。另外，必須對(duì)過程嚴(yán)格控制。以防止NH4HCO3的分解。

2新型綠色環(huán)保電池

新型綠色環(huán)保電池是指近年來已投入使用或正在研制開發(fā)的一類高性能、無污染電池。目前已經(jīng)大量使用的金屬氫化物鎳蓄電池、鋰離子蓄電池、正在推廣使用的無汞堿性鋅錳原電池和可充電電池以及正在研制開發(fā)的聚合物鋰或鋰離子蓄電池、燃料電池、電化學(xué)貯能超級(jí)電容器、目前已廣泛應(yīng)用的利用太陽能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的太陽電池（又稱光伏發(fā)電）等都屬于這一范疇。

金屬氫化物鎳蓄電池（MH-Ni）與鎘鎳蓄電池（Cd-Ni）有相同的工作電壓（1.2V），但由于采用稀土合金或TiNi合金貯氫材料作為負(fù)極活性物質(zhì)，取代了致癌物質(zhì)鎘，不僅使這種新型電池成為一種綠色環(huán)保電池，而且使電池的比能量提高了近40%，達(dá)到60-80 Wh/kg和210-240 Wh/L。

鋰離子蓄電池由可使鋰離子嵌入及脫嵌的碳負(fù)極、可逆嵌鋰的金屬氧化物正極（LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4）和有機(jī)電解質(zhì)構(gòu)成，其工作電壓為3.6V，因此1個(gè)鋰離子電池相當(dāng)于3個(gè)鎘鎳或金屬氫化物鎳電池。這種電池的比能量可以超過100Wh/kg和280Wh/L，又大大超過了金屬氫化物鎳蓄電池的比能量。

堿性鋅錳干電池較同尺寸普通干電池具有更高的容量，并具有大電流放電能力。近年來已應(yīng)用了無汞鋅粉，因此使這種電池成為一種綠色電池，并成為原電池中的主流產(chǎn)品。這種電池保持了原電池的放電特性，而且能再充電使用幾十次至幾百次。

聚合物鋰蓄電池（也稱為塑料鋰蓄電池）是金屬鋰為負(fù)極，導(dǎo)電聚合物作電解質(zhì)的新型電池，其比能量已達(dá)到170Wh/kg和350Wh/L。聚合物鋰離子蓄電池（也稱為塑料鋰離子電池）則是將目前鋰離子蓄電池中的有機(jī)電解液貯存于一種聚合物膜中，或是使用導(dǎo)電聚合物為電解質(zhì)，使電池中無游離電解液。這種電池可以用鋁塑料復(fù)合膜實(shí)現(xiàn)熱壓封裝，具有質(zhì)量輕、形狀可任意改變、安全性更好的特點(diǎn)。

燃料電池則是一種利用燃料（如氫氣或含氫燃料）和氧化劑（如純氧或空氣中的氧）直接連續(xù)發(fā)電的裝置，由于避開了卡諾循環(huán)的限制，這種發(fā)電裝置不僅效率高（電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)40%以上），且無污染氣體排出，因此是未來的高效、清潔發(fā)電方式，也是電動(dòng)汽車?yán)硐氲膭?dòng)力源。

太陽電池是依據(jù)半導(dǎo)體p-n結(jié)的光電效應(yīng)原理，利用太陽能發(fā)電的器件。根據(jù)用戶對(duì)功率的要求，由這種器件構(gòu)成組件或方陣成為發(fā)電裝置。顯然這種發(fā)電方式具有其他發(fā)電方式不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：無需燃料、無污染、無噪聲、運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠、少維護(hù)、建設(shè)周期短，因此，光伏發(fā)電是未來世界新能源中最有希望的一種。

新型綠色環(huán)保電池在滿足現(xiàn)代化軍事裝備及武器、交通運(yùn)輸、辦公自動(dòng)化、礦產(chǎn)探查、石油鉆井、醫(yī)療器械乃至家用電器等與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人們生活息息相關(guān)的領(lǐng)域中的需求方面，也具有非常重要的地位和作用。

3結(jié)束語

從以上分析可以看出，資源綜合利用是解決資源短缺、治理環(huán)境的有效辦法，也是關(guān)系到有效資源可持續(xù)利用的大問題。而新型綠色環(huán)保電池技術(shù)已經(jīng)在國(guó)際上被公認(rèn)為應(yīng)優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)。因此，結(jié)合中國(guó)的國(guó)情，加速發(fā)展新型綠色環(huán)保電池技術(shù)及相應(yīng)產(chǎn)業(yè)已是刻不容緩的任務(wù)。